Слайд 2
Введем новое определение термина «вычислительная машина» как совокупности
технических средств, служащих для автоматизированной обработки дискретных данных по
заданному алгоритму.
Слайд 3
В основе архитектуры современных ВМ лежит представление алгоритма
решения задачи в виде программы последовательных вычислений.
Согласно стандарту
ISO 2382/1-84, программа для ВМ —это «упорядоченная последовательность ко
манд, подлежащая обработке».
Слайд 4
ВМ, где определенным образом закодированные команды программы хранятся
в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой
в памяти программой.
Идея принадлежит создателям вычислителя ENIAC Эккерту, Мочли и фон Нейману.
Слайд 5
Сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины можно свести к
четырем принципам:
двоичного кодирования;
программного управления;
однородности памяти;
адресности.
Слайд 6
ПРИНЦИП ДВОИЧНОГО КОДИРОВАНИЯ
Вся информация, как данные, так
и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1.
Слайд 7
ПРИНЦИП ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Все вычисления должны быть представлены в
виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд.
Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности.
При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена.
Слайд 8
ПРИНЦИП ОДНОРОДНОСТИ ПАМЯТИ
Команды и данные хранятся в одной
и той же памяти и внешне в памяти неразличимы.
Распознать их можно только по способу использования.
Слайд 9
Принстонская архитектура – архитектура, использующая единую память для
хранения команд и данных.
Гарвардская архитектура – архитектура, использующая отдельную
память команд и отдельную память данных.
Долгие годы преобладающей была и остается принстонская архитектура, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор-память». В последнее время в связи с широким использованием кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архитектуре.
Слайд 10
ПРИНЦИП АДРЕСНОСТИ
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек,
причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка.
Двоичные
коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек—адреса.
Слайд 11
СТРУКТУРА ФОН-НЕЙМАНОВСКОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
Слайд 12
Порт –аппаратура сопряжения периферийного устройства (ПУ) с ВМ
и управления им.
Устройство ввода/вывода (УВВ) или модуль ввода/вывода ВМ(МВБ)
– совокупность портов ввода и вывода
Слайд 13
Чтобы программа могла выполняться, команды и данные
должны располагаться в основной памяти (ОП).
Доступ к любым
запоминающего устройства (ЗУ) основной памяти может производиться в произвольной последовательности. Такой вид памяти известен как память с произвольным доступом.
Слайд 14
Размер ячейки ОП обычно принимается равным байту. Для
хранения больших чисел используются 2, 4 или 8 байтов,
размещаемых в ячейках с последовательными адресами.
Два подхода к адресации:
адресация по младшему байту или метод остроконечников (little endian addressing) – за адрес числа принимается адрес его младшего байта (Intel, DEC).
адресация по старшему байту или метод тупоконечников (big endian addressing) – по меньшему из адресов располагается старший байт (Motorola, большие ЭВМ фирмы IBM).
Слайд 15
Для долговременного хранения больших программ и массивов данных
в ВМ обычно имеется дополнительная память, известная как вторичная.
Обязательным
элементом в архитектуре фон Неймана является только основная память.
Слайд 16
Устройство управления (УУ) — часть ВМ, организующая автоматическое
выполнение программ и обеспечивающая функционирование ВМ как единой системы.
УУ
ВМ можно рассматривать как совокупность элементов, между которыми происходит пересылка информации, в ходе которой эта информация может подвергаться определенным видам обработки. Пересылка информации между любыми элементами ВМ инициируется своим сигналом управления (СУ), то есть управление вычислительным процессом сводится к выдаче нужного набора СУ в нужной временной последовательности.
Основная функция УУ – формирование управляющих сигналов, отвечающих за извлечение команд из памяти в порядке, определяемом программой, и последующее исполнение этих команд. Кроме того, УУ формирует СУ для синхронизации и координации внутренних и внешних устройств ВМ